基于TOP244Y的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、-1.開(kāi)關(guān)電源感念1.1開(kāi)關(guān)電源就是用通過(guò)電路控制開(kāi)關(guān)管進(jìn)展高速的道通與截止。將直流電轉(zhuǎn)化為高頻的交流電提供給變壓器進(jìn)展變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓，轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50HZ高很多，所以開(kāi)關(guān)變壓可以做的很小，而且工作時(shí)不是很熱，本錢(qián)很低。如果不將50HZ變?yōu)楦哳l開(kāi)關(guān)就沒(méi)有意義，開(kāi)關(guān)變壓也不神秘，就是一個(gè)普通的變壓器。這就是開(kāi)關(guān)電源。*簡(jiǎn)單地說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源的工作原理是：*1、交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流；*2、通過(guò)高頻PWM脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管，將那個(gè)直流加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)上；*3、開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載；*4、輸

2、出局部通過(guò)一定的電路反響給控制電路，控制PWM占空比，以到達(dá)穩(wěn)定輸出的目的。1.2開(kāi)關(guān)電源自20世紀(jì)70年代開(kāi)場(chǎng)應(yīng)用以來(lái)，涌現(xiàn)出許多功能完備的集成控制電路，使開(kāi)關(guān)電源電路日益簡(jiǎn)化，工作頻率不斷提高，效率大大提高，并為電源小型化提供了廣闊的前景。我司采用的TOP244Y是將PWM控制器與功率開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管合二為一封裝在一起，可使用電路大為簡(jiǎn)化，體積進(jìn)一步縮小，本錢(qián)也明顯降低。*TOP 244Y開(kāi)關(guān)電源的根本原理：封裝形式*漏極管腳D：高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管漏極輸出。*控制管腳C：用于調(diào)節(jié)占空比的誤差放大器。*源極管腳S：將其連接至輸出場(chǎng)效應(yīng)管源極可得到高壓功率回饋。*L：為輸入電壓的欠壓與過(guò)壓檢測(cè)端。*

3、F：開(kāi)關(guān)頻率選擇端，當(dāng)F端接到源極時(shí)，其開(kāi)關(guān)頻率為132kHz，而當(dāng)F端接到控制端時(shí)，其開(kāi)關(guān)頻率為66kHz。我司頻率為132KHZ。*：外部電路流定調(diào)整端。在*端與源極之間接入不同的電阻，則開(kāi)關(guān)電流可限定在不同的數(shù)值。假設(shè)R=12k，則流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流被設(shè)定為額定值的69%；假設(shè)R1=6k，則為額定值的90%；也就是說(shuō)，隨著電阻值的增大，開(kāi)關(guān)允許流過(guò)的電流隨之減小。*假設(shè)在L端與輸入電壓正端接入2M的電阻，則其：欠壓保護(hù)值為：Vuv=100VDC過(guò)壓保護(hù)值為：Vou=450VDC*產(chǎn)品主要有如下性能特點(diǎn)：輸出功率250W；外圍電路簡(jiǎn)單，本錢(qián)低；在極低壓或沖情況下能充分集成軟啟動(dòng)；外部可編程準(zhǔn)確

4、電流限制的高效率，低本錢(qián)設(shè)計(jì)和功率可限電路；線性欠壓保護(hù)，無(wú)關(guān)斷干擾。1.3 TOP 24*系列開(kāi)關(guān)電源芯片的部構(gòu)造*芯片部工作原理：1、電源啟動(dòng)時(shí)，連接在漏極和源極之間的部高壓電流向控制極充電，在Rs兩端產(chǎn)生壓降，經(jīng)RC濾波后，輸入到PWM比較器的同相端，與振蕩器產(chǎn)生的鋸齒濾電壓相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)并驅(qū)動(dòng)MOSFET管，因而可通過(guò)控制極外接的電容充電過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)。當(dāng)控制極電壓Uc到達(dá)5.8V時(shí)，部高壓電流源關(guān)閉，此時(shí)由反響控制電流向Uc供電。2、在正常工作階段由外界電路構(gòu)成電壓負(fù)反響控制環(huán)，調(diào)節(jié)輸出級(jí)MOSFET的占空比以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，Uc升高，采樣電阻Rs上的誤

5、差電壓亦升高。而在鋸齒波比較后，將使輸出電壓的占空比減小，從而使開(kāi)關(guān)電源的電壓減小。當(dāng)控制極電壓低于4.8V時(shí)，MOSFET管關(guān)閉，控制電路處于小電流等待狀態(tài)，部高壓電流源重新接通并向Uc充電，其關(guān)斷/自動(dòng)復(fù)位滯回比較器可使Uc保持在4.85.8V之間。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載很輕時(shí)，能自動(dòng)將開(kāi)關(guān)頻率從132kHz降低到30kHz半頻模式下則由66kHz降至15kHz，可降低開(kāi)關(guān)損耗，進(jìn)一步提高電源效率。3、由于TOPSwitch集成度高，設(shè)計(jì)工作主要對(duì)外圍電路進(jìn)展：外圍電路可分為輸入整流濾波電路/鉗位保護(hù)電路/變壓器/輸出整流濾波電路及反響電路5局部。*TOP 244Y開(kāi)關(guān)電源芯片的典型應(yīng)用：1.4

6、反激式高頻變壓器的設(shè)計(jì)此開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一是變壓器的設(shè)計(jì)。在此電路中，變壓器不是真正意義上的變壓器，而更多的是一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。變壓器的能量變化過(guò)程為：當(dāng)TOP開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電容兩端的電壓加到反激變壓器的一次側(cè)，流過(guò)一次側(cè)繞組的電流線性增加。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的瞬間變壓器二次側(cè)電流不為零，然而磁心的能量不能突變，故一次側(cè)電流躍變?yōu)槎蝹?cè)電流的1/KK為變壓器變化，變壓器儲(chǔ)存能量；當(dāng)TOP開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感一次側(cè)電流由于沒(méi)有回路。此時(shí)，穩(wěn)壓管的擊穿電壓因高于一次側(cè)的感應(yīng)電勢(shì)而截止而突變?yōu)榱?。變壓器通過(guò)二次側(cè)續(xù)流，二次側(cè)電流為T(mén)OP開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)一側(cè)電流的K倍，二次側(cè)繞組通過(guò)二極管對(duì)電容充電，此后，流過(guò)

7、變壓器二次儩 電流線性下降。由上述開(kāi)關(guān)過(guò)程分析得出：一次側(cè)電流和二次側(cè)電流不是同時(shí)流動(dòng)的。因此它更多地被認(rèn)為是一個(gè)帶有二次側(cè)繞組的電感。2.基于TOP的電路設(shè)計(jì)2.1輸入整流濾波電路設(shè)計(jì) 整流濾波電路包括輸入交流濾波、整流、電容穩(wěn)壓三局部。交流濾波可使用技術(shù)成熟的PI濾波電路，具體參數(shù)推薦如下：去除關(guān)模干擾的C301和C303為0.1F/400V；去除共模干擾的C302、C304為2200pF/400V；采取雙線并繞，整流電路選擇導(dǎo)通時(shí)間盡可能短，滿足電流閾值的整流橋。2.2變壓器設(shè)計(jì) *由于該電源的輸出功率較大，因此高頻變壓器的漏感應(yīng)盡量小，一般應(yīng)選用能夠滿足132kHz開(kāi)關(guān)頻率的錳鋅鐵氧體

8、，為便于繞制，磁芯形狀可選用EI或EE型，變壓器的初、次級(jí)繞組應(yīng)相間繞制。 *高頻變壓器的設(shè)計(jì)由于要考慮大量的相互關(guān)聯(lián)變量，因此計(jì)算較為復(fù)雜，為減輕設(shè)計(jì)者的工作量，美國(guó)功率公司為T(mén)OPSwitch開(kāi)關(guān)電源的高頻變壓器設(shè)計(jì)了一套軟件，主要用這套軟件設(shè)計(jì)變壓器。2.3鉗位保護(hù)電路 *每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，TOPSwitch的關(guān)斷將導(dǎo)致變壓器漏感產(chǎn)生尖峰電壓。D302和D303構(gòu)成的鉗位電路防止了此電壓對(duì)TOPSwitch的損壞，D302和D303的選擇由反射電壓ROR決定。VOR推薦值135V，D302鉗位電壓VCLO可由以驗(yàn)公式VCLO=1.5VOR得出，D303的耐壓值應(yīng)大于VMA*并選擇快恢復(fù)二極管

9、。本設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓管選用P6KE200，二極管選用BYV26C。 *由于P6KE200上并聯(lián)R302和C307，在正常工作時(shí)，R302幾乎承擔(dān)了所有的泄放能量，而在啟動(dòng)或超載的情況下，P6E200又限制了尖峰電壓不超過(guò)TOP中MOSFET管的平安電壓。2.4反響電路設(shè)計(jì) *反響回路的形式依據(jù)輸出電壓精度而決定，本方案使用的“光耦+TL430”可以把輸出電壓±精度控制在1%。電壓反響信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)R326，R317引入TL431的Ref端，獲得取樣電壓后，將與TL431中的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)展比較并輸出誤差電壓，然后通過(guò)光耦改變TOP244的控制端電流IC，再通過(guò)改變占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓U

10、使其光耦PC817工作在線性狀態(tài)，起隔離作用。R303，C308構(gòu)成的尖峰電壓經(jīng)濾波后可使偏置電壓，即使在負(fù)載較重時(shí)，也能保持穩(wěn)定。2.5輸出整流濾波電路設(shè)計(jì)*輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。輸出整流二極管的開(kāi)關(guān)損耗占系統(tǒng)的五分之一到六分之一，是影響開(kāi)關(guān)電流效率的主要因素，包括：正向?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗。由于肖特基二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降較低，因此具有更低的正向?qū)〒p耗。此外，肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消除輸出電壓中的紋波方面有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。*輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。整流二極管選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波，但肖特基二極管應(yīng)加上功率較大的散熱器；電容器